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高功率微波武器对卫星电子系统的威胁及防护技术
作 者: 杨雨川
导 师: 谭吉春
学 校: 国防科学技术大学
专 业: 光学
关键词: 核电磁脉冲 高功率微波 超宽带脉冲 钙钛矿薄膜 波导滤波器 透明导电薄膜
分类号: V443
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
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内容摘要
本文对高功率微波(HPM)耦合进入卫星电子系统的两种方式进行了仿真分析,根据计算结果提出了相应的防护措施,内容分为两大部分:第一部分计算卫星舱外导线的响应波形,据此结果对比现防护体系的防护参数,结果表明:现有大功率限幅器不能实现有效防护,因此提出利用新材料钙钛矿薄膜和等离子体技术发展新型限幅器;HPM波导滤波器承载功率高可有效抑制带外能量的耦合。第一部分主要内容包括:1.在核电磁脉冲、高功率微波和超宽带脉冲作用下,基于BLT方程,用矩量法分别计算了卫星舱外导线和单极天线的响应结果,并进行了详细的分析和比较。2.钙钛矿薄膜体积小、可集成化,在强电场作用下具有电阻变化率大、响应速度快和承受功率高等特点,本文主要研究其在电流限幅领域的应用。3.设计一个中心频率12GHz、带宽50MHz、42.7dB·W/cm~2承载功率的HPM波导滤波器,此类滤波器尤其适用于防护超宽带脉冲和远离中心频率的窄带脉冲。第二部分计算了金属方舱(机柜)的孔缝和光学窗口电磁泄漏。孔缝泄漏采用波导通风孔和导电衬垫加以防护,光学窗口泄漏采用多层透明导电薄膜加以防护。第二部分主要包括:4.基于FDTD,对电子方舱光学窗口模型进行仿真分析,入射脉冲源为垂直入射平面电磁波,得到舱体内部不同时刻的场强分布,该计算结果可用于指导卫星舱体的电磁兼容设计和屏蔽效能SE评估。5.本文设计了一种多层透明导电薄膜,实现了40dB的防护效能,峰值透光率90%,平均透光率超过80%,该膜系兼顾了SE和透光率。6.比较卫星舱内剩余能量和电子器件的能量阈值,当SE>80dB时满足有效防护条件;当SE未能满足要求,采用内部屏蔽设计构成二级级联防护体系可满足有效防护条件。本文的上述理论研究结论对于卫星等飞行器(或机柜)抗HPM加固实验研究具有重要指导意义。
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全文目录
摘要 11-12 ABSTRACT 12-14 第一章 概述 14-18 1.1 课题背景简介 14-16 1.1.1 高功率微波武器的特性及杀伤机理 14-15 1.1.2 高功率微波防护的难点和现状 15-16 1.2 课题意义及研究方法 16-17 1.3 论文内容及安排 17-18 第二章 高功率微波与导线和天线的耦合分析 18-33 2.1 平面波激励下导线的终端响应 18-20 2.2 三类入射脉冲 20-23 2.2.1 核电磁脉冲 21-22 2.2.2 高功率微波 22 2.2.3 超宽带脉冲 22-23 2.3 自由空间导线耦合数值模拟 23 2.4 反射面上导线耦合数值模拟 23-27 2.4.1 反射面参数 23-24 2.4.2 导线参数 24-25 2.4.3 电磁波参数 25-27 2.4.4 HPM和UWB作用下的感应电压波形的典型计算 27 2.5 单极天线耦合数值模拟 27-32 2.5.1 分析方法 28-30 2.5.2 电流响应计算结果 30-32 2.6 本章小结 32-33 第三章 导线和天线的电磁耦合防护 33-46 3.1 钙钛矿结构薄膜材料的限幅功能 34-40 3.1.1 钙钛矿材料介绍 34-35 3.1.2 钙钛矿材料的应用 35 3.1.3 钙钛矿材料的电效应 35-36 3.1.4 场致薄膜阻抗变化实验介绍 36-37 3.1.5 限幅器设计 37-38 3.1.6 限幅器性能的讨论 38-40 3.2 HPM波导滤波器 40-43 3.3 其它防护措施 43-44 3.4 本章小结 44-46 第四章 卫星方舱(或机柜)内微波场的空间分布 46-53 4.1 方舱孔缝泄漏的FDTD分析 46-50 4.1.1 FDTD的基本原理 46 4.1.2 模型建立 46-47 4.1.3 仿真结果 47-50 4.2 方舱光学窗口的电磁泄漏分析 50-52 4.2.1 模型建立 50-51 4.2.2 舱内耦合场强的仿真结果 51-52 4.3 本章小结 52-53 第五章 屏蔽层孔缝和窗口的防护技术 53-66 5.1 孔缝屏蔽技术 53-56 5.1.1 通风口的加固技术 53-55 5.1.2 接缝的屏蔽 55-56 5.2 传统的光学视窗屏蔽技术 56-58 5.2.1 屏蔽玻璃 57 5.2.2 复合可视玻璃板 57 5.2.3 导电玻璃 57-58 5.3 多层透明导电薄膜的防护技术 58-62 5.3.1 透明导电薄膜的简介 58-59 5.3.2 D/M/D建模及屏蔽效能 59-60 5.3.3 膜系设计及优化 60-61 5.3.4 膜系的光传输特性 61-62 5.3.5 膜系A和B的屏蔽效能 62 5.4 内部屏蔽技术 62-64 5.5 本章小结 64-66 结束语 66-67 参考文献 67-71 致谢 71-72 作者在学期间取得的学术成果 72-73 附录A Yee差分算法 73-75 附录B 有限时域差分的计算方法 75-77 附录C 差分格式稳定条件推导 77-79 附录D 完全匹配(PML)吸收边界条件 79-81
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中图分类: > 航空、航天 > 航天(宇宙航行) > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 电子设备
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